某異形曲面大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊液壓整體提升施工技術(shù)研究

汪鉦東

【摘要】本文介紹了中國牙谷科創(chuàng)園區(qū)項(xiàng)目多功能館B區(qū)33.6m大跨度鋼結(jié)構(gòu)連廊，通過采用樓面拼裝整體提升的方案，實(shí)現(xiàn)了高空精確安裝;通過采取整體提升方案，節(jié)省了工期，克服了場(chǎng)地施工困難，施工成本有所降低。

【關(guān)鍵詞】大跨度;鋼結(jié)構(gòu)連廊;液壓整體提升;施工技術(shù)

1.工程概況

中國牙谷科創(chuàng)園區(qū)項(xiàng)目位于四川省資陽市雁江區(qū)。多功能館總建筑面積87075m2，多功能館鋼連廊位于B區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)連廊平面上位于結(jié)構(gòu)的4-2軸～4-8 線交4- a軸～4-d軸之間，連廊平面尺寸為33.6m×17m，立面上位于結(jié)構(gòu)6層～屋面層，標(biāo)高為23.950m～32.950m，由三榀桁架組成，桁架自身高度9.0m，跨度33.6m。總重410t。鋼連廊施工范圍如圖1。

2.施工難點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)連廊位于多功能館B區(qū)，該部位地下2層，地上8層，首層與2層中間8.45m處有鋼筋混凝土夾層，夾層長(zhǎng)度26.4m，寬19.7m，影響整體提升樓面拼裝，拼裝場(chǎng)地位于一層樓面，拼裝場(chǎng)地狹小，拼裝胎架設(shè)計(jì)難度大;鋼連廊周邊主體混凝土結(jié)構(gòu)已施工完成，東西兩側(cè)為主體混凝土結(jié)構(gòu)，南側(cè)為規(guī)劃展示館，北側(cè)為地下車庫頂板，材料運(yùn)輸不便，構(gòu)件吊裝場(chǎng)地布置困難;周邊起重設(shè)備只有兩臺(tái)QTZ63塔吊，吊運(yùn)能力不足，不能滿足構(gòu)件吊裝需求;鋼連廊桁架重量和跨度大，整體提升構(gòu)件變形和同步性控制難度大;鋼連廊提升工況多，工況分析和提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度大[1]。

3.整體提升方案確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，鋼連廊施工可采用高空原位散拼和整體提升兩種方案。對(duì)比兩種方案，高空原位散拼法需采用大噸位吊車遠(yuǎn)距離吊裝，同時(shí)需搭設(shè)滿堂腳手架，施工周期長(zhǎng)，高空作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)高。相較于高空原位散拼法，整體提升可以明顯節(jié)省工期，同時(shí)可以較好控制焊接質(zhì)量，雖需增加整體提升裝置、樓面拼裝胎架等，但總體費(fèi)用相較于前者略低，且安全和質(zhì)量可靠性較高，因此最終選擇整體提升施工方案。

整體提升施工思路：鋼連廊在其投影面正下方標(biāo)高-0.050 m的一層樓面上，采用25 t汽車吊拼裝為整體提升單元，同時(shí)，利用鋼連廊兩側(cè)的主樓框架結(jié)構(gòu)設(shè)置6組提升平臺(tái)， 分別在4- a軸、4- b軸及4- c軸利用標(biāo)高32.950 m～37.450 m的鋼骨柱框架結(jié)構(gòu)設(shè)置， 在提升平臺(tái)上安裝液壓提升器，每組提升平臺(tái)設(shè)置1臺(tái) XY- TS-135型液壓提升器，在已拼裝完成的連廊提升單元的桁架上弦上表面設(shè)置吊點(diǎn)，與上吊點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置安裝臨時(shí)吊具及加固桿件等，安裝完成后，調(diào)試液壓同步提升系統(tǒng)并利用液壓同步提升系統(tǒng)將鋼連廊結(jié)構(gòu)整體提升至設(shè)計(jì)標(biāo)高，與預(yù)裝構(gòu)件對(duì)接，并安裝后裝桿件等，至此鋼結(jié)構(gòu)連廊整體提升和安裝完成。

4.整體提升施工工藝

4.1提升吊點(diǎn)設(shè)置

根據(jù)鋼連廊結(jié)構(gòu)的布置， 提升過程中分別在4- a、4- b及4- c軸8層 XG1及 XG2的兩端翼緣板上面各設(shè)置1組提升吊點(diǎn)，共設(shè)置6組提升平臺(tái)和6個(gè)液壓提升器，每組提升平臺(tái)配置1臺(tái) XY- TS-135型液壓提升器。所有提升鋼絞線安全系數(shù)大于2，提升安全可靠性滿足要求。

4.2提升單元分段：

鋼連廊采用整體提升工藝吊裝，主桁架弦桿均需在安裝前預(yù)制分段處理：連廊兩側(cè)主體混凝土結(jié)構(gòu)上首先施工兩端分段作為預(yù)裝段，與鋼柱一起直接安裝到位;中間分段在鋼連廊投影正下方拼裝成整體;分段接口處節(jié)間的部分斜腹桿影響主桁架的提升就位，同樣需要根據(jù)深化設(shè)計(jì)分段情況預(yù)留，待上下弦桿對(duì)接完成后再安裝。

4.3 樓面拼裝

4.3.1 樓面拼裝胎架設(shè)置

由于本次施工方法為，在樓面拼裝整體提升的方式，本工程鋼連廊空間桁架結(jié)構(gòu)體系，中交四公局建筑工程有限公司綜合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，選定B區(qū)一層樓面作為臨時(shí)拼裝場(chǎng)地，在樓層上制作胎架。鋼連廊拼裝時(shí)直接在一層混凝土柱柱頂設(shè)置支撐體系，支撐選用H300×300×10×15的短柱，材質(zhì)Q345B，高度500mm，底部設(shè)置16×400×400mm的鋼板通過膨脹螺栓固定，共計(jì)16組。支撐點(diǎn)布置如圖7所示。

根據(jù)計(jì)算，支撐點(diǎn)最大反力為4-C×4-4軸處，反力標(biāo)準(zhǔn)值為582.2kN，計(jì)算時(shí)考慮1.4的荷載分析系數(shù)，反力設(shè)計(jì)值N=815kN。最不利位置穩(wěn)定應(yīng)力為70.05 N/mm2，強(qiáng)度應(yīng)力為69.67N/mm2，穩(wěn)定性和強(qiáng)度均滿足要求。

4.3.2樓面拼裝驗(yàn)算

樓面拼裝采用SAP2000 Ver 17.3.0進(jìn)行分析，SAP2000為國際上通用的有限元計(jì)算分析程序，其計(jì)算分析功能強(qiáng)大，可采用中國規(guī)范對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

整體提升過程中構(gòu)件變形和應(yīng)力經(jīng)過驗(yàn)算，連廊鋼結(jié)構(gòu)拼裝時(shí)，桿件最大應(yīng)力比0.211，小于1，滿足規(guī)范要求;最大變形值為1.6mm，小于L/250，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.4 整體提升工藝

4.4.1 整體提升不同步工況驗(yàn)算

提升不同步工況分析：根據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，選取結(jié)構(gòu)中3、5、6吊點(diǎn)進(jìn)行同步誤差驗(yàn)算，驗(yàn)算方法采用強(qiáng)制位移法分析，采用SAP2000軟件計(jì)算。根據(jù)提升過程中可能出現(xiàn)的特殊情況分析找出提升不同步的極限工況，找出極限工況后通過軟件進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算符合要求，即證明在整個(gè)提升過程的安全。

整體提升時(shí)，不同步20mm位移下，最大桿件應(yīng)力比小于0.735，滿足提升工況要求，整體提升不同步監(jiān)測(cè)預(yù)警值設(shè)定為20mm。

4.4.2 整體提升工藝

（1）分級(jí)加載試提升：

液壓提升系統(tǒng)在施工前需進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試無誤后方可開始提升。根據(jù)鋼連廊提升系統(tǒng)，確定提升器的伸缸和縮缸壓力 。試提升開始時(shí)，分階段逐步上調(diào)液壓提升器伸缸壓力，逐步加載到所需壓力的20%、40%，每次加載完成后，均需對(duì)整體提升系統(tǒng)和鋼連廊結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性檢查。經(jīng)檢查沒有問題后，繼續(xù)依次加載至60%，70%，80%， 90%，95%，100%。

鋼連廊脫離拼裝胎架約200mm后，通過整個(gè)液壓提升控制系統(tǒng)對(duì)提升器進(jìn)行鎖定，空中停留12小時(shí)作全面檢查（包括提升平臺(tái)，提升設(shè)備，提升控制系統(tǒng)，提升平臺(tái)周邊結(jié)構(gòu)，鋼連廊變形和焊縫等），檢查結(jié)果匯總成書面形式，報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)提升總指揮部。正式提升前，全部檢查無異常方可進(jìn)行正式提升。

（2）正式提升

根據(jù)本工程鋼連廊結(jié)構(gòu)特性，在每臺(tái)液壓提升器處設(shè)置行程傳感器，通過計(jì)算機(jī)、傳感器、泵源控制閥、提升器控制閥等共同構(gòu)成整體提升計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，用以監(jiān)測(cè)和控制整體提升全程的同步性。

通過SAP2000軟件計(jì)算出的整體提升各吊點(diǎn)反力，根據(jù)反力換算成提升器的伸缸壓力。正式提升時(shí)，實(shí)施分級(jí)加載，依次加載至計(jì)算伸缸壓力的20%、40%、60%、80%，每次加載后進(jìn)行各項(xiàng)安全檢查，檢查無異常，繼續(xù)加載至90%、95%、100%，加載過程中現(xiàn)場(chǎng)提升觀察組發(fā)現(xiàn)整個(gè)提升單元完全脫離拼裝胎架立即報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)提升指揮部。

每一級(jí)加載后，應(yīng)暫停并由現(xiàn)場(chǎng)檢查組對(duì)提升上下吊點(diǎn)變形情況、提升平臺(tái)焊縫及變形情況、周邊主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等進(jìn)行全面檢查，檢查無異常，方可進(jìn)行下一步加載。

（3）提升速度

本工程中，根據(jù)液壓泵源系統(tǒng)工作狀況，為確保整體提升穩(wěn)定和安全，整體提升速度控制在5～7m/h。

（4）提升就位

本工程鋼連廊預(yù)裝段鋼梁截面800～1000mm，提升結(jié)構(gòu)頂面整體提升至距離預(yù)裝段底標(biāo)高約500mm時(shí)，暫停提升;通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)微調(diào)各吊點(diǎn)位置，調(diào)整后減速提升直至結(jié)構(gòu)精確到達(dá)設(shè)計(jì)位置。液壓提升系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)控制鎖死設(shè)備，并進(jìn)行就位后的臨時(shí)固定。

（5）后裝桿件安裝

在桁架整體提升就位后，安裝后裝桿件，包括斜腹桿、7層水平構(gòu)件及水平次構(gòu)件，桁架預(yù)埋件與桁架連接方式采用高強(qiáng)螺栓和焊接相結(jié)合的方式。安裝順序?yàn)椋?層連廊與牛腿臨時(shí)螺栓固定→7層水平構(gòu)件及次構(gòu)件臨時(shí)螺栓固定→斜腹桿臨時(shí)螺栓固定→6層連廊與牛腿臨時(shí)螺栓固定→調(diào)整各層安裝偏差→4-2軸與4-8軸兩邊同時(shí)對(duì)稱焊接→后裝桿件焊接連接探傷試驗(yàn)→液壓提升系統(tǒng)設(shè)備同步減壓，至鋼絞線完全松弛→拆除下錨點(diǎn)、拆除臨時(shí)加固桿件、拆除液壓提升系統(tǒng)→后裝桿件等防火涂裝→鋼連廊安裝驗(yàn)收

（6）提升過程中的監(jiān)測(cè)

在整個(gè)同步提升過程中應(yīng)隨時(shí)檢查液壓提升系統(tǒng)壓力變化情況、提升系統(tǒng)穩(wěn)定性、提升同步性，變形和位移超過變形值應(yīng)立即停止提升，查找分析原因，制定措施。

5.經(jīng)濟(jì)效益分析

鋼結(jié)構(gòu)連廊整體提升施工方法，與高空原位散拼法相比，解決了施工場(chǎng)地局限、起重設(shè)備吊裝能力不足等問題，大大減少了高空作業(yè)，節(jié)省了工期。減少了高空散拼人工費(fèi)的投入，以及高空拼裝腳手架搭設(shè)、大噸位汽車吊投入等措施費(fèi)用的投入。取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，分析如下（僅對(duì)兩種方法不同處進(jìn)行對(duì)比分析）：

高空原位散拼法：

人工費(fèi)（工期75天）：10×300×60=180000元

機(jī)械租賃費(fèi)（150噸履帶吊租賃費(fèi)）：300000元/月×2=600000元

腳手架費(fèi)：144000m×0.03元/天·m×60天=259200元

合計(jì)：1039200元

液壓整體提升法：

人工費(fèi)：（工期35天）：10×300×35=105000元

機(jī)械租賃費(fèi)（25t汽車吊租賃費(fèi)）：1200元/天×35天=42000元

整體提升服務(wù)費(fèi)（含提升系統(tǒng)材料和設(shè)備）：980元/噸×410噸=401800元吊車處腳手架加強(qiáng)支撐費(fèi)：28800m×0.03元/天·m×35天=30240元

合計(jì)：579040元

經(jīng)核算對(duì)比，液壓整體提升法對(duì)比高空原位散拼法整體可節(jié)約費(fèi)用460160元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6.結(jié)語

從試提升到正式提升就位，整個(gè)提升過程共經(jīng)歷15個(gè)小時(shí)，工期大為縮短，施工質(zhì)量可控，通過實(shí)施同步監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 探索實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保了整個(gè)提升過程的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]王永敏，大跨度高空鋼結(jié)構(gòu)連廊整體提升施工技術(shù)[J]，建筑施工，2014 36（7）

（作者單位：中交四公局建筑工程有限公司）

【中圖分類號(hào)】TU391

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1671-3362（2020）10-0110-03